MATLAB+GUI代理模型优化设计工具箱：功能与挖掘机结构参数优化案例

本文主要探讨了在复杂工程优化设计过程中，代理模型作为一种数学近似方法的重要性和优势。传统上，通过计算机仿真模拟来代替物理实验，虽然提高了可靠性，但成本高、周期长和计算量大等问题依然存在。代理模型技术通过构建基于少量数据的系统响应模型，能够显著缩短设计周期，降低成本，提升优化效率。 作者以MATLAB+GUI为平台，开发了一种用户友好的代理模型优化设计工具箱（SBDO工具箱），旨在简化这一技术的实施难度。工具箱的设计涵盖了关键步骤，包括试验设计（如拉丁超立方、全析因、Box-Behnken等）、代理模型构建（如多项式响应面、径向基函数、Kriging、支持向量回归和扩展自适应混合模型）以及优化算法（如遗传算法、多目标遗传算法、多变异位自适应遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法和极小值最优算法）。 在设计过程中，作者对比了市面上现有的代理模型软件功能和MATLAB的用户界面，明确了各个模块的理论框架和数据逻辑结构。通过MATLAB的GUIDE功能，作者精细地布局了控件，实现了试验设计、模型建立、预测与优化分析等功能的高效操作。同时，特别关注了界面的用户体验，如颜色选择、控件配置、数据导入方式以及用户提示，确保工具箱的易用性。 最后，文章展示了SBDO工具箱在大型矿用机械式挖掘机铲斗结构参数优化案例中的应用，通过25个测试函数验证了工具箱的有效性和实用性。本文不仅提供了代理模型优化设计的具体实现方法，也为其他领域的工程师和研究人员提供了一个实用的工具，以提升工程优化设计的效率和准确性。